JP4072842B2 - 地中探査レーダ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば地中に埋設された管などの地中埋設物を探査するためなどに実施することができる地中探査レータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中埋設物を探査するための先行技術は、地表面から土壌中に電磁波を放射する送信アンテナと、地中埋設物による反射波を受信する受信アンテナとの合計２つのアンテナを備え、送信アンテナから電磁波を放射してから受信アンテナで反射波を受信するまでの時間に対応した地中埋設物の深さを検出する。この先行技術では、地表面に臨んで送信アンテナと受信アンテナとが配置された構成とする必要があり、構成が大形化する。
【０００３】
この問題を解決する他の先行技術は、図１９に示される。図１９（１）に示されるように、土壌１には管などの地中埋設物２が埋設されており、地表面に沿って単一のアンテナ３が移動され、この移動中に、アンテナ３にライン４からパルス状送信信号が与えられる。
【０００４】
図１９（２）は、アンテナ３にパルス状送信信号を与えた後におけるアンテナ３から得られる受信信号の波形を示す図である。アンテナ３にライン４からパルス状送信信号を与えることによって、先ず大きな振幅を有する波形５で示されるように、アンテナ３とパルス状送信信号を発生する回路とのインピーダンス不整合などに起因した信号の反射波６が生じる。アンテナ３から放射される電磁波は、土壌１の地表面に図１９（１）の参照符７で示されるように反射し、これによって地表面の反射波８が得られる。アンテナ３からの電磁波はまた、土壌１中に進入し、地中埋設物２による参照符９で示されるように、本来の探査のための反射波１０が得られる。図１９（２）に示される反射波５，８は、実際には、地中埋設物２による反射波１０に比べて大きい振幅を有し、リンギング波形を含み、したがってこれらの大振幅の反射波５，８によって地中埋設物２が浅い位置にある場合、反射波１０が変形され、その検出が困難になる。また反射波５，８の振幅が大きいので、アンテナ３の出力を増幅する増幅回路が一時的に飽和するなどして、反射波１０を正確に増幅して導出することができなくなり、その反射波１０の検出が不正確になる。
【０００５】
図１９に示される先行技術における特にアンテナ３によるインピーダンス不整合に起因した大振幅の反射波５を除去するためのさらに他の先行技術は、図２０に示される。土壌１の地表面を移動する運搬具１１には、土壌１中の地中埋設物２に電磁波を放射し、その反射波１０を受信するアンテナ３が備えられるとともに、アンテナ３と同一構成を有し、かつ土壌１への電磁波の放射が行われないようにして運搬具１１に搭載されたダミーアンテナ１２が設けられる。パルス状送信信号は、アンテナ３とダミーアンテナ１２とに分岐して共通に供給され、アンテナ３，１２の出力は、減算回路に導かれて減算される。したがってパルス状送信信号を発生する回路とアンテナ３，１２とによるインピーダンス不整合に起因した反射波５（前述の図１９（２）を参照）が除去され、減算結果には、前述の図１９（２）に示されるように地表面によるアンテナ３からの電磁波の反射による反射波８と地中埋設物２の反射波１０とだけが、含まれることになる。
【０００６】
図２０に示されるダミーアンテナ１２を用いる先行技術においても、送信アンテナ３から放射された電磁波の地表面による大きい振幅を有する反射波８が原因で、地中埋設物２の探査すべき本来の反射波１０を正確に検出することが困難である。またダミーアンテナ１２を設ける必要があるので、全体構成の小形化が困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、構成を小形化し、しかも地中埋設物などの物体による反射波を正確に検出することができるようにした地中探査レーダ装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電磁波を発生する送信信号発生手段と、
土壌に向って電磁波を発生し、物体による反射波を受信する単一のアンテナと、
送信信号発生手段からの送信信号をアンテナに与え、アンテナからの受信信号を一対の分岐信号に分岐して導出する分岐手段ＰＤ２と、
一方の分岐信号を減衰する減衰手段ＡＴ２と、
減衰手段ＡＴ２の減衰量を、一方の分岐信号の物体による反射波ｐ３をその物体による反射波ｐ３よりも前に得られる不所望な反射波ｐ１，ｐ２よりも大きく減衰するように、時間経過に伴って大きくさせる減衰量制御手段と、
分岐手段ＰＤ２からの他方の分岐信号と減衰手段ＡＴ２からの出力とを、減算する減算手段ＳＢＴと、
減算手段の出力を演算する演算手段とを含むことを特徴とする地中探査レーダ装置である。
【０００９】
本発明に従えば、単一のアンテナが、送受信のために用いられ、構成の小形化を図ることができる。パルス状送信信号は、分岐手段を介してアンテナに与えられ、これによってたとえば土壌に向けてアンテナから電磁波を放射する。物体による反射波は、アンテナによって受信され、分岐手段によって分岐され、一対の分岐信号となる。一方の分岐信号は、減衰手段ＡＴ２によって減衰される。
【００１０】
減算手段は、他方の分岐信号と、減衰手段ＡＴ２からの物体による反射波の受信信号成分ｐ３が大きく減衰された出力とを、減算する。したがって、アンテナにパルス状送信信号を与えた後に得られるアンテナからの出力に含まれるインピーダンス不整合に起因した大きな振幅を有する反射波ｐ１が減算によって除去されるとともに、地表面で反射した大きな振幅を有する反射波ｐ２もまた、減算によって除去される。こうして減算手段からは、前記他方の分岐信号に含まれている受信信号成分である物体による反射波ｐ３だけが導出される。
第２減衰手段ＡＴ２は、時間経過に伴って減衰量が大きくなるように変化される。したがって受信信号成分である物体による反射波ｐ３が、第２減衰手段ＡＴ２の出力には含まれなくなる。こうして減算手段の減算動作によって、受信信号成分のうち物体による反射波ｐ３以外の不所望な大振幅反射波ｐ１，ｐ２が相殺されて含まれなくなり、減算手段の出力には、本来の受信信号成分である物体からの反射波ｐ３のみが導出されることができる。こうして物体の反射波を正確に検出することができるようになる。
【００１１】
演算手段は、減算手段の出力を演算し、たとえばパルス状送信信号の発生時から物体による反射波の検出時までの時間を求めることによって、地中埋設物などの物体の距離を演算して求めることができ、さらにその他の演算を行うことができる。またこのような物体による反射波ｐ３以外の不所望な反射波ｐ１，ｐ２を分岐して相殺するようにしたので、減算手段に後続する増幅回路ＡＭ５が、大振幅入力によって正常な増幅動作が行われなくなってしまうという問題が生じることはなく、アンテナからの比較的小さい振幅を有する物体による反射波を、希望する増幅率で大きく増幅することが可能になる。
【００１２】
また本発明は、分岐手段ＰＤ２からの前記他方の分岐信号を、前記減衰手段ＡＴ２と同一構成を有し、かつ減衰量が前記減衰手段ＡＴ２の最小値で一定となるように設定してもう１つの減衰手段ＡＴ１に与え、
このもう１つの減衰手段ＡＴ１からの出力を用いて減算手段による減算を行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、もう１つの減衰手段ＡＴ１を設けて、前記他方の分岐信号を、できるだけ減衰しないようにして減衰手段ＡＴ１を通過させ、その後、減算手段による減算動作を行うことによって、前記一方の分岐信号が与えられる減衰手段ＡＴ２の特性に起因した歪みが減算結果に含まれることを防ぐことができる。２つの減衰手段ＡＴ２，ＡＴ１の特性というのは、たとえば入出力信号の周波数特性などを含む。
【００１４】
また本発明は、（ａ）パルス状送信信号を発生する送信信号発生手段と、
（ｂ）土壌に向かって電磁波を発生し、物体による反射波を受信する単一のアンテナと、
（ｃ）送信信号発生手段からの送信信号を２つに分岐する第１分岐手段ＰＤ１と、
（ｄ）２つの入力端を有し、一方の入力端と他方の入力端とからの信号を減算して出力端に導出する減算手段ＳＢＴと、
（ｅ）第１方向性結合器ＤＣ１であって、
第１分岐手段ＰＤ１からの一方の送信信号が与えられる第１接続端と、
第１接続端からの信号を出力する第２接続端と、
第２接続端に与えられる信号を、出力して減算手段ＳＢＴの前記一方の入力端に与える第３接続端とを有する第１の方向性結合器ＤＣ１と、
（ｆ）第２方向性結合器ＤＣ２であって、
第１分岐手段ＰＤ１からの他方の送信信号が与えられる第４接続端と、
第４接続端からの信号を出力する第５接続端と、
第５接続端に与えられる信号を、出力して減算手段ＳＢＴの前記他方の入力端に与える第６接続端とを有する第２方向性結合器ＤＣ２と、
（ｇ）第２分岐手段ＰＤ２であって、
第７〜第９接続端を有し、
第７および第８接続端に与えられる信号を合成して第９接続端からアンテナに与え、
第９接続端に与えられる信号を第７および第８接続端に分岐して出力する第２分岐手段ＰＤ２と、
（ｈ）第２分岐手段ＰＤ２の第７接続端からの信号が与えられ、減衰出力が第１方向性結合器ＤＣ１の第２接続端に与えられる第１減衰手段ＡＴ１と、
（ｉ）第１減衰手段ＡＴ１と同一構成を有し、第２分岐手段ＰＤ２の第８接続端からの信号が与えられて減衰し、減衰出力が第２方向性結合器ＤＣ２の第５接続端に与えられる第２減衰手段ＡＴ２と、
（ｊ）第１減衰手段ＡＴ１を、その減衰量が第２減衰手段ＡＴ２の最小値で一定となるように設定し、第２減衰手段ＡＴ２の減衰量を、第８接続端からの物体による反射波ｐ３をその物体による反射波ｐ３よりも前に得られる不所望な反射波ｐ１，ｐ２よりも大きく減衰するように、時間経過に伴って大きくさせる減衰量制御手段と、
（ｋ）減算手段の出力を演算する演算手段とを含むことを特徴とする地中探査レーダ装置である。
【００１５】
本発明に従えば、図１に関連して後述されるように、送信信号発生手段からのパルス状送信信号は、第１分岐手段ＰＤ１によって分岐され、第１および第２方向性結合器ＤＣ１，ＤＣ２、第１および第２減衰手段ＡＴ１，ＡＴ２、および第２分岐手段ＰＤ２を経て単一のアンテナに与えられ、これによってたとえば土壌などの隠蔽場所に電磁波が放射される。この隠蔽場所に設けられた地中埋設物などの物体からの反射波ｐ３は、前記アンテナによって受信される。このアンテナからの受信信号は、受信信号成分である物体による反射波ｐ３だけでなく、第２分岐手段ＰＤ２とアンテナとのインピーダンス不整合による大振幅反射波ｐ１および地表面などによる大振幅反射波ｐ２などが含まれる。アンテナからの出力は、第２分岐手段ＰＤ２で分岐され、第１および第２減衰手段ＡＴ１，ＡＴ２から第１および第２方向性結合器ＤＣ１，ＤＣ２を経て、減算手段の２つの入力端にそれぞれ与えられ、減算される。
【００１６】
第１および第２減衰手段ＡＴ１，ＡＴ２は、同一構成を有し、すなわちその特性が同一であり、第２減衰手段ＡＴ２のほかに、減衰量を最小値で一定となるようにした第１減衰手段ＡＴ１が、追加的に用いられることによって、第２減衰手段ＡＴ２の特性に起因した歪みが減算結果に含まれることを防ぎ、受信信号成分である物体の反射波ｐ３のみを正確に検出することを可能にする。
【００１７】
本発明は、電磁波を発生する送信信号発生手段と、
土壌に向って電磁波を発生し、物体による反射波を受信する単一のアンテナと、
送信信号発生手段からの送信信号をアンテナに与え、アンテナからの受信信号を一対の分岐信号に分岐して導出する分岐手段ＰＤ２と、
一方の分岐信号が与えられ、物体による反射波ｐ３を遮断し、その物体による反射波ｐ３よりも前に得られる不所望な反射波ｐ１，ｐ２を通過するゲートと、
分岐手段ＰＤ２からの他方の分岐信号とゲートからの出力とを、減算する減算手段ＳＢＴと、
減算手段の出力を演算する演算手段とを含むことを特徴とする地中探査レーダ装置である。
本発明は、（ａ）パルス状送信信号を発生する送信信号発生手段と、
（ｂ）土壌に向かって電磁波を発生し、物体による反射波を受信する単一のアンテナと、
（ｃ）送信信号発生手段からの送信信号を２つに分岐する第１分岐手段ＰＤ１と、
（ｄ）２つの入力端を有し、一方の入力端と他方の入力端とからの信号を減算して出力端に導出する減算手段ＳＢＴと、
（ｅ）第１方向性結合器ＤＣ１であって、
第１分岐手段ＰＤ１からの一方の送信信号が与えられる第１接続端と、
第１接続端からの信号を出力する第２接続端と、
第２接続端に与えられる信号を、出力して減算手段ＳＢＴの前記一方の入力端に与える第３接続端とを有する第１方向性結合器ＤＣ１と、
（ｆ）第２方向性結合器ＤＣ２であって、
第１分岐手段ＰＤ１からの他方の送信信号が与えられる第４接続端と、
第４接続端からの信号を出力する第５接続端と、
第５接続端に与えられる信号を、出力して減算手段ＳＢＴの前記他方の入力端に与える第６接続端とを有する第２方向性結合器ＤＣ２と、
（ｇ）第２分岐手段ＰＤ２であって、
第７〜第９接続端を有し、
第７および第８接続端に与えられる信号を合成して第９接続端からアンテナに与え、
第９接続端に与えられる信号を第７および第８接続端に分岐して出力し、第７接続端からの信号が第１方向性結合器ＤＣ１の第２接続端に与えられる第２分岐手段ＰＤ２と、
（ｈ）第２分岐手段ＰＤ２の第８接続端からの信号が与えられ、出力が第２方向性結合器ＤＣ２の第５接続端に与えられ、第８接続端からの物体による反射波ｐ３を遮断し、その物体による反射波ｐ３よりも前に得られる不所望な反射波ｐ１，ｐ２を通過するゲートと、
（ｉ）減算手段の出力を演算する演算手段とを含むことを特徴とする地中探査レーダ装置である。
本発明に従えば、減衰手段ＡＴ２には具体的には、ゲートが用いられてもよい。このゲートは、分岐手段ＰＤ２によって分岐された一方の分岐信号の受信信号成分である物体による反射波ｐ３だけを遮断する。したがって減算手段では、アンテナからの出力に含まれるインピーダンス不整合に起因した大きな振幅を有する反射波ｐ１と、地表面で反射した大きな振幅を有する反射波ｐ２とが前記一方の分岐信号と前記他方の分岐信号との減算によって相殺される。したがって減算手段からは、物体による反射波ｐ３だけが得られる。こうして物体の反射波ｐ３を正確に検出することができるようになる。減衰手段ＡＴ２が用いられずに、ゲートが用いられる構成では、その減衰手段ＡＴ２の特性に起因した歪みを減算手段で相殺するための前述のもう１つの減衰手段ＡＴ１は、設けられない。
【００１８】
また本発明は、送信信号発生手段は、送信信号を予め定める周期Ｗ１で発生し、
演算手段は、減算手段ＳＢＴの出力をサンプリングするサンプリング手段７２を含み、
減算手段ＳＢＴとサンプリング手段７２との間に介在され、減算手段ＳＢＴの出力を増幅器１２０によって増幅しつつ、入力される減算手段ＳＢＴの出力と減衰器１２４によってレベルを揃えて、前記周期Ｗ１の整数倍で遅延して増幅器１２０に与えて帰還する帰還回路をさらに含み、
帰還回路とサンプリング手段とは協働して、受信信号の少なくとも時間が経過した受信信号成分を、複数（Ｎ１またはＮ２）の回数で、帰還を繰返してサンプリングすることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、たとえば、図１４〜図１７のように減衰手段の出力を所定回数帰還した後にサンプリングする場合、信号の全体が帰還増幅され、この信号全体のノイズ成分が抑制される。また、図１８のように前記出力を帰還増幅しながらサンプリングする場合、１計測サイクル中の時間経過に伴い帰還増幅される回数が多くなり、これにより前記出力の時間が経過するほどノイズ成分が抑制される。物体がアンテナから離れた位置に存在していると、アンテナから送信された電磁波がそのアンテナに受信されるまでの時間が長くなるとともに、前記出力のレベルが小さくなり、物体の位置を高精度に検出することが困難となるが、本発明によって、帰還増幅しながらサンプリングすると、アンテナから離れた位置にある物体から反射された電磁波の前記他方の分岐信号ほど、そのノイズ成分が抑制され、特にこのような物体の位置を比較的簡単に高精度に検出することができる。
【００２０】
帰還回路は、たとえば、前記周期Ｗ１を超える予め定める計測サイクルＷ２中に、第１の複数Ｎ１回、受信信号の帰還を繰返し、
サンプリング手段は、計測サイクルＷ２を超える基準計測期間Ｗ３中に、所定サイクルで帰還が繰返された受信信号を、第２の複数Ｎ２回、サンプリングすることを特徴とする。
【００２１】
図１４〜図１７に関連して後述されるように、帰還回路は、たとえば、周期Ｗ１で得られる前記他方の分岐信号を、第１複数Ｎ１回、繰返し、これによってランダムノイズなどのノイズ成分を抑制することができる。こうしてノイズ成分が抑制された前記他方の分岐信号は、所定サイクル毎に、サンプリングされる。たとえば、このサンプリングのタイミングは、時間ΔＴ（たとえば０．１１７ｎｓ）ずつずれている。第２の複数Ｎ２回、サンプリング動作が行われる。こうして前記周期Ｗ１にわたる反射波の前記他方の分岐信号のサンプリングが行われる。これによってＳＮ比が向上された反射波を得ることができる。
【００２２】
また本発明は、分岐手段は、パワーデバイダであることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の全体の構成を示すブロック図である。土壌１７中に埋設された地中埋設管などの物体１８は、その土壌１７の地表面１９に沿って移動される単一のアンテナ２１による電磁波の送信および受信によって検出することができる。地中探査レーダ装置２２は、アンテナ２１を含み、このアンテナ２１から電磁波を放射するために、送信信号発生手段２３からライン２４に、たとえばパルス状送信信号２５（次に述べる図２参照）が発生され、第１の分岐手段ＰＤ１の入力端２６に与えられる。
【００２６】
図２は、第１の分岐手段ＰＤ１の動作を説明するためのブロック図である。入力端２６からのパルス状送信信号２５は、２つの出力端２７，２８から、分岐してその分岐された送信信号２９，３０が導出される。第１の分岐手段ＰＤ１の出力端２７からの送信信号２９は、第１の方向性結合器ＤＣ１の第１接続端３１に与えられる。
【００２７】
図３は、第１方向性結合器ＤＣ１を示すブロック図である。第１接続端に入力される分岐された送信信号２９は、矢符３２で示されるように、第２接続端３３に送信信号３４として出力される。この第１方向性結合器ＤＣ１は、第２接続端３３に与えられる信号を、第３接続端３５に、矢符３６で示されるように導出し、その信号３７を、減算手段ＳＢＴの一方の入力端３８に与える。
【００２８】
第２方向性結合器ＤＣ２は、第１方向性結合器ＤＣ１と同一の構成を有し、第１分岐手段ＰＤ１の出力端２８からの他方の送信信号が与えられる第４接続端３９と、その第４接続端３９からの信号を矢符４０のように導いて出力する第５接続端４１と、この第５接続端４１に与えられる信号を矢符４２のように導いて出力する第６接続端４３とを有する。第６接続端４３からの信号は、減算手段ＳＢＴの他方の入力端４４に与えられる。
【００２９】
第１方向性結合器ＤＣ１の第２接続端３３からの送信信号３４は、増幅回路ＡＭ１を介して第１減衰手段ＡＴ１の接続端４７に与えられてもよい。
【００３０】
図４は、第１減衰手段ＡＴ１を示すブロック図である。減衰手段ＡＴ１は、もう１つの接続端４８を有し、制御端４９に与えられる減衰量制御信号に応答し、接続端４７から接続端４８に、または接続端４８から接続端４７に伝搬する信号を減衰して導出する。
【００３１】
図５は、第１減衰手段ＡＴ１の動作を説明するための図である。図５の横軸は時間を示し、図５の縦軸は第１減衰手段ＡＴ１の接続端４７から接続端４８に伝搬する信号の減衰量αを示す。第１減衰手段ＡＴ１の減衰量αは、できるだけ僅かとなるように、制御端４９には減衰量制御信号が与えられている。
【００３２】
第２方向性結合器ＤＣ２の第５接続端４１からの信号は、前述の増幅回路ＡＭ１と同一構成を有する増幅回路ＡＭ２を経て、第２減衰手段ＡＴ２の接続端５１に与えられる。
【００３３】
図６は、第２減衰手段ＡＴ２を示すブロック図である。第２減衰手段ＡＴ２は、前述の第１減衰手段ＡＴ１と同一構成を有し、接続端５１から与えられた信号は、接続端５２に導出し、また接続端５２に与えられた信号を接続端５１に導出し、その信号の伝搬時の減衰量は、制御端５３に与えられる減衰量制御信号によって定められる。
【００３４】
図７は、第２減衰手段ＡＴ２の接続端５２から接続端５１に伝搬する信号の減衰量の時間経過を示すグラフである。アンテナ２１による受信信号の分岐された信号が接続端５２に入力されるとき、制御端５３に与えられる減衰量制御信号に応答し、物体１８による反射波の受信信号成分が減衰されるように、時間経過に伴って大きく変化する減衰量が設定される。
【００３５】
マイクロコンピュータなどによって実現される制御手段５４は、発振器１０２からの発信信号ｑ１を送信信号発生手段２３に与えて出力端２４からパルス状送信信号２５を発生させるとともに、第１および第２減衰手段ＡＴ１，ＡＴ２の各制御端４９，５３に減衰量制御信号をそれぞれ与え、第１および第２減衰手段ＡＴ１，ＡＴ２の減衰量αを、前述のように制御する。
【００３６】
第１および第２減衰手段ＡＴ１，ＡＴ２の接続端４８，５２からの各信号は、増幅回路ＡＭ３，ＡＭ４からライン５６，５７を経て、第２分岐手段ＰＤ２の第７接続端５８および第８接続端５９に与えられる。この第２分岐手段ＰＤ２は、第７および第８接続端５８，５９にそれぞれ与えられる送信信号を矢符６０，６１で示されるように伝播して合成し、第９接続端６２からライン６３を経てアンテナ２１に与える。こうしてアンテナ２１には、第２分岐手段ＰＤ２の第９接続端６２からの送信信号が与えられてアンテナ２１が駆動され、土壌１７に向けて電磁波が放射される。
【００３７】
図８は、第２分岐手段ＰＤ２を示すブロック図である。ライン５６，５７からの分岐された送信信号６４，６５は、矢符６０，６１のように伝搬されて合成され、その合成された送信信号６６は、上述のようにライン６３を経てアンテナ２１に与えられる。
【００３８】
アンテナ２１から導出される受信信号は、ライン６３から第２分岐手段ＰＤ２の第９接続端６２に与えられ、矢符６８，６９で示されるように第７および第８接続端５８，５９に分岐される。第２分岐手段ＰＤ２の第７および第８接続端５８，５９に導出される各分岐信号は、ライン５６，５７を経て増幅回路ＡＭ３，ＡＭ４によってそれぞれ増幅され、第１および第２減衰手段ＡＴ１，ＡＴ２の接続端４８，５２にそれぞれ与えられる。
【００３９】
第２減衰手段ＡＴ２の減衰量αは、制御端５３に与えられる減衰量制御信号に応答し、接続端５２に与えられる分岐信号を、図７に示されるように時間経過に伴って減衰量が大きくなるように変化され、接続端５１に導出される。第１減衰手段ＡＴ１の接続端４８に与えられる分岐信号は、ほとんど減衰されることなく、接続端４７に導出される。
【００４０】
第１および第２減衰手段ＡＴ１，ＡＴ２の接続端４７，５１からの分岐信号は、増幅回路ＡＭ１，ＡＭ２によってそれぞれ増幅され、第１および第２方向性結合器ＤＣ１，ＤＣ２の第２および第５接続端１３，４１からライン３６，４２に示されるように伝搬され、第３および第６接続端３５，４３を経て、減算手段ＳＢＴの各入力端３８，４４にそれぞれ与えられる。
【００４１】
減算手段ＳＢＴは、入力端３８に与えられる分岐信号から、入力端４４に与えられる分岐信号を減算し、その減算結果を表す信号をライン７１を経てサンプリング回路７２に与えられてサンプリング動作が行われ、マイクロコンピュータなどを含む処理回路７３によって演算処理が行われ、その演算結果が、たとえば物体１８とアンテナ２１との間の地中埋設距離などが、表示手段７４によって表示される。表示手段７４は、たとえば液晶または陰極線管などによって目視表示される構成を有してもよく、または音声合成回路によって音響出力する構成などを有してもよい。ライン７１上に増幅回路ＡＭ５を挿入してもよく、また前記増幅回路ＡＭ５は帰還回路を有した増幅回路でもよい。
【００４２】
図９は、図１〜図８に示される本発明の実施の一形態の地中探査レーダ装置の全体の動作を説明するための波形図である。制御手段５４は、送信信号発生手段２３によって出力端２４から図９（１）に示されるパルス状送信信号２５を、予め定める一定の周期Ｗ１で発生する。このパルス状送信信号は、第１分岐手段ＰＤ１によって分岐され、第１および第２方向性結合器ＤＣ１，ＤＣ２、増幅回路ＡＭ１，ＡＭ２、第１および第２減衰手段ＡＴ１，ＡＴ２、増幅回路ＡＭ３，ＡＭ４および第２分岐手段ＰＤ２に与えられて合成され、アンテナ２１に与えられる。こうしてアンテナ２１から土壌１７に向けて電磁波が放射される。
【００４３】
図９（２）は、アンテナ２１からライン６３に導出される受信信号の波形を示す図である。受信信号は、ライン６３からアンテナ２１に時刻ｔ１でパルス状送信信号を与えたときにインピーダンス不整合に起因して得られる大振幅の反射波ｐ１と、アンテナ２１から土壌１７の地表面１７に放射された電磁波が反射して得られる反射波ｐ２と、アンテナ２１からの電磁波が土壌１７中に侵入し、物体１８によって反射してアンテナ２１によって受信される物体１８の反射波ｐ３とをこの順序で含む。現実的には、反射波ｐ１と反射波ｐ２は飽和していることが多く、また、非常に近接して表示される。送信信号２５の周期Ｗ１は、アンテナ２１に送信信号２５が与えられた時点から物体１８の反射波ｐ３が得られるまでの時間よりも充分長い時間に定められる。
【００４４】
第１減衰手段ＡＴ１の減衰量αは、図９（３）に示されるようにその制御端４９に制御手段５４から与えられる減衰量制御信号によって、減衰量αが最小値で一定となるように設定される。これに対して減衰手段ＡＴ２の減衰量αは、図１０（４）に示されるように周期Ｗ１の中で各時間Ｗ１０，Ｗ１１でゲートのＯＦＦ，ＯＮ操作を繰り返すように設定される。他の実施の形態では、第２減衰手段ＡＴ２の減衰量αは、図９（５）に示されるように時間経過に伴って変化される。第２減衰手段ＡＴ２の減衰量αは、制御端５３に制御手段５４から与えられる減衰量制御信号に応答し、時刻ｔ１〜ｔ２の時間Ｗ１０では、第１減衰手段ＡＴ１の減衰量αと同様に最小値で一定となるように制御される。
【００４５】
この時間Ｗ１０は、反射波ｐ１，ｐ２がパルス状送信信号２５が発生される時刻ｔ１以降に得られる期間以上に定められるとともに、この時間Ｗ１０は、物体１８の反射波ｐ３が得られる時間よりも短く定められる。第２減衰手段ＡＴ２は、時刻ｔ２〜ｔ３の時間Ｗ１１において、制御手段５４から制御端５３に与えられる減衰量制御信号に応答し、減衰量αが時間経過に伴って大きく変化するように設定される。この時間Ｗ１１は、物体１８の反射波ｐ３が得られる時刻を含む。時間Ｗ１１の終了時刻ｔ３以降は、減衰量αは最小値で一定となるように設定される。このような動作が、時間Ｗ１毎に繰返される。
【００４６】
図１０は、図１に示される地中探査レーダ装置２２のアンテナ２１から電磁波を放射するための動作を説明するための波形図である。送信信号発生手段２３は出力端２４から図１０（１）のパルス状送信信号２５を前述の図１０（１）に関連して述べたように、発生する。第１分岐手段ＰＤ１の２つの各出力端２７，２８からは、図１０（２）に示される分岐された送信信号が導出される。本来は、出力端２４から出力端２７あるいは２８まではケーブルなどで接続され、その分の時間遅れが生じるが、ここでは充分小さいとみなして省略して表現している。以下、図１０（３）〜図１０（６）も同様である。第１および第２方向性結合器ＤＣ１，ＤＣ２の第２および第５接続端３３，４１からは、図１０（３）に示される送信信号が導出される。これによって増幅回路ＡＭ３，ＡＭ４からライン５６，５７を経て第２分岐手段ＰＤ２の第７および第８接続端５８，５９には、図１０（４）に示される送信信号がそれぞれ与えられる。こうして第２分岐手段ＰＤ２の第９接続端６２からアンテナ２１には、ライン６３を介して図１０（５）に示される送信信号が与えられる。図１０（５）に示される送信信号がアンテナ２１に与えられることによって、そのアンテナ２１からは、図１０（６）に示される各反射波ｐ１，ｐ２，ｐ３が、前述の図９（２）に関連して述べたとおりに、導出される。
【００４７】
図１１は、図１に示される地中探査レーダ装置２２のアンテナ２１からの受信信号の処理動作を説明するための波形図である。図１１（１）は送信信号発生手段２３から発生されるパルス状送信信号２５を示し、アンテナ２１からの受信信号が第２分岐手段ＰＤ２の第７および第８接続端５８，５９からライン５６，５７にそれぞれ導出される分岐信号の波形を示し、これらの分岐信号は、前述の図９（２）および図１０（６）に示される反射波ｐ１，ｐ２，ｐ３の各受信信号成分を含み、同一の参照符で示す。
【００４８】
第１減衰手段ＡＴ１の接続端４７から導出される信号は、この第１減衰手段ＡＴ１の減衰量がごく僅か、または零であるので、図１１（３）に示されるように、反射波の各成分ｐ１１，ｐ２１，ｐ３１を含む。これらの反射波成分ｐ１１，ｐ２１，ｐ３１は、反射波ｐ１，ｐ２，ｐ３にそれぞれ対応する。第１減衰手段ＡＴ１の減衰量αは、図１１（４）に示されるように、最小値で一定とされる。
【００４９】
これに対して第２減衰手段ＡＴ２の接続端５１からは、図１１（５）に示される反射波の成分ｐ１２，ｐ２２，ｐ３２を含む信号が導出される。第２減衰手段ＡＴ２に代えて、本発明の他の実施の形態では、図９（４）に関連して前述したように、ゲートが用いられ、各時間Ｗ１０，Ｗ１１においてゲートがＯＦＦ，ＯＮ操作を繰り返すように設定される。したがって地中埋設物のみによる反射波の成分ｐ３２だけが、図１１（７）に示されるようにゲートから導出され、ライン５１から増幅回路ＡＭ２に与えられる。地中埋設物による反射波ｐ３２以外の成分ｐ１２，ｐ２２は、時間Ｗ１０だけＯＦＦするゲートによって遮断される。
【００５０】
前述のように第２減衰手段ＡＴ２を用いる実施の形態では、第２減衰手段ＡＴ２の減衰量αは、図１１（８）に示されるように、また前述の図９（５）に関連して前述したように、反射波の成分ｐ１２，ｐ２２が得られる時間Ｗ１０では減衰量αは僅かであり、物体１８による反射波ｐ３が得られる時間Ｗ１１では、時間経過に伴ってその減衰量αが大きくなるように変化される。したがって反射波ｐ３の第２減衰手段ＡＴ２の接続端５１から導出される成分ｐ３２の振幅は、ごく僅かであり、または零である。
【００５１】
減算手段ＳＢＴは、図１１（３）に示される信号の増幅回路ＡＭ１および第１方向性結合器ＤＣ１を介して入力端３８に与えられる信号から、図１１（５）に示される信号が増幅回路ＡＭ２から第２方向性結合器ＤＣ２を経て入力端４４に与えられる信号を、同一時刻で減算する。したがって反射波ｐ１に対応する反射波成分ｐ１，ｐ１２は除去され、また反射波ｐ２に対応する反射波成分ｐ２１，ｐ２２は除去される。物体１８からの反射波ｐ３に対応する成分ｐ３１は、もう１つの対応する成分ｐ３２の振幅がごく僅かであり、または零であるので、残存する。こうして減算手段ＳＢＴからライン７１には、図１１（９）に示されるように、物体１８の反射波ｐ３に対応する信号ｐ４が正確に得られる。
【００５２】
第２減衰手段ＡＴ２の時間経過に伴う減衰動作が開始される時刻ｔ２が、反射波ｐ２よりも送信信号の発生時刻ｔ１寄りであるとき、その反射波ｐ２の成分ｐ２２が減衰され、したがって減算手段ＳＢＴからライン７１には、図１１（９）のパルスｐ５が含まれるけれども、このような反射波ｐ２の成分ｐ５の振幅は比較的小さく、したがって物体１８に対応する反射波ｐ３の成分ｐ４の検出に悪影響を及ぼすことはない。
【００５３】
サンプリング回路７２は、図１１（９）に示される信号をサンプリングし、このアンテナ２１がたとえば運搬具によって物体１８の上方で地表面１９に沿って図１の左方から右方に移動するとき、反射波ｐ３の成分ｐ４によって物体１８を検出する。表示手段７４によって、土壌１７の断面を表示することができる。
【００５４】
減衰手段ＡＴ２と同一構成を有する減衰手段ＡＴ１が設けられることによって、減算手段ＳＢＴの２つの入力端３８，４４には、各減衰手段ＡＴ１，ＡＴ２の特性によってたとえば歪むなどして変形した信号が与えられるけれども、これらの個別の減衰手段ＡＴ１，ＡＴ２の特性に依存した減算手段ＳＢＴのライン７１に導出される信号には含まれなくなるという利点がある。これによって物体１８による反射波ｐ３を、減算手段ＳＢＴから正確に得ることができるようになる。
【００５５】
図１２（１）は、図１９に関連して前述した先行技術によって得られると考えられる土壌１７の探査画像である。画面７７において、像７８は、図１９（２）の反射波５に対応し、像７９は、図１９（２）の反射像８に対応する。物体１８の像は参照符８０で示される。先行技術では、前述のように像７８，７９の反射波５，８の振幅が大きいので、物体１８の像８０が不明瞭になると考えられる。
【００５６】
図１２（２）は、図１〜図１１に関連して述べた本発明の実施の一形態において得られると考えられる土壌の探査画像を示す表示手段７４の画面８１を示す図である。本発明によれば、反射波ｐ１に対応する像は画面８１には表れない。像８２は、反射波ｐ２に対応する図１１（９）の成分ｐ５に対応し、この像８２は、ごく僅かであり、物体１８の像８３に悪影響を及ぼすものではない。物体１８の像８３は、先行技術に比べてきわめて明瞭であり、これによって物体１８の埋設深さを正確に検出することが可能になると考えられる。
【００５７】
図１３は、本発明の実施の他の形態の全体の構成を示すブロック図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、減算手段ＳＢＴの出力はライン７１から帰還回路８５に与えられ、この帰還回路８５の出力が、サンプリング回路７２に与えられる。帰還回路８５は、減算手段ＳＢＴの出力を図１４に関連して後述するように帰還演算し、これによってアンテナ２１による受信信号の特に反射波ｐ３に対応する成分ｐ４のＳＮ比を向上する働きをする。この帰還回路８５の動作に対応してサンプリング回路７２がサンプリング動作をするために、図１５に示されるように、サンプリングパルス発生器１３０を含むサンプリングパルス生成手段１１６が備えられる。サンプリングパルス生成手段１１６には、制御手段５４からライン８７に導出されるパルス状送信信号２５の起動のためと同様に、発振器１０２からの発信信号ｑ１が与えられる。図１３のそのほかの構成は、前述の実施の形態と同様である。
【００５８】
図１４は、図１３に示される帰還回路８５の具体的な構成を示すブロック図である。帰還回路８５は、増幅器１２０、遅延手段１２２および可変減衰器１２４を含んで構成されている。増幅器１２０には減算手段ＳＢＴからライン７１を介する出力信号が、ライン７１およびダイオード８９を介して与えられ、その信号を増幅する。この増幅された信号はサンプリング回路７２にライン１７１を介して送給されるとともに、その信号はまた、遅延手段１２２および減衰器１２４を通して加算器１６５から再び増幅器１２０に送給される。増幅器１２０は、遅延手段１２２および減衰器１２４を介してフィードバックされた信号とライン７１を介するアンテナ２１に関連して減算手段ＳＢＴからの信号とを加算して増幅する。遅延手段１２２は、同軸ケーブルまたは光ファイバを用いてもよいが、構成を小形化するためには、表面弾性波（Surface Acoustic Wave、略称ＳＡＷ）デバイスを用いることが望ましい。アンテナ２１の送信駆動のための信号は、ダイオード９１を介して導かれる。
【００５９】
遅延手段１２２は、減衰器１２４を介してフィードバックされる信号を所定時間遅延する。たとえばＷ１の周期で遅延してもよく、前記Ｗ１の整数倍で遅延してもよい。また、減衰器１２４は、このフィードバックされる信号を減衰する。減衰器１２４としては、コントローラ１６４から与えられるコントロール信号の電圧に対応した減衰量を達成する電子アッテネータを用いることが望ましい。コントローラ１６４には、帰還回路８５の加算器１６５に与えられるライン１７６の信号が入力される。
【００６０】
アンテナ２１からの受信信号のうち、分岐信号に含まれる信号成分ａ（後述の図１７（ａ）を参照）を、パイロット信号として用いる。この実施の形態では帰還回路８５におけるコントローラ１６４は、アンテナ２１からの受信信号に含まれる前述の成分ａのレベルに対応した電圧を有するコントロール信号を発生して、減衰器１２４に与える。コントローラ１６４は、ライン１７６に含まれるパイロット信号ａのレベルを検出し、遅延手段１２２の後に分岐された信号Ｐｃｏｎｔｒｏｌのレベルと比較し、別に分岐された信号Ｐａｔｔのレベルに対してパイロット信号ａのレベルに調整する電圧を有するコントロール信号を、減衰器１２４に与える。この帰還回路８５およびそれに関連する構成については、後にさらに詳述する。
【００６１】
発振器１０２からの発信信号ｑ１は、サンプリングパルス生成手段１１６に送給される。図１５のサンプリングパルス生成手段１１６は、移相手段１２６、パルス化回路１２８およびサンプリングパルス発生器１３０から構成されている。移相手段１２６は移相回路電圧制御回路１３２および電圧可変移相回路１３４から構成され、発振器１０２からの発信信号ｑ１は、電圧可変移相回路１３４に送給される。移相回路電圧制御回路１３２は、電圧可変移相回路１３４に供給される電圧を制御する。また、電圧可変移相回路１３４は、移相回路電圧制御回路１３２からの制御電圧に基づいて上記発信信号ｑ１の位相を可変とする。すなわち、電圧可変移相回路１３４は、移相回路電圧制御回路１３２からの制御電圧が、たとえば大きくなるに従って上記発信信号ｑ１の位相遅れを大きくし（換言すると、遅延時間を長くし）、移相回路電圧制御回路１３２からの制御電圧が、たとえば小さくなるに従って上記発信信号の位相遅れを小さくする（換言すると、遅延時間を短くする）。このような電圧可変移相回路１３４として、たとえば３０〜２００ｐＦ程度の電圧制御形可変容量素子（たとえば商品名バリキャップ）を５個程度組込んだ回路を用いることができ、このような回路において電圧を、たとえば０〜５Ｖ変化させることによって、上記発信信号ｑ１の位相を、たとえば０〜６０×１０^-9秒（０〜６０ｎｓ）遅らせることができる。
【００６２】
この移相手段１２６は、上述したとおりにして移相信号ｑ２（図１６参照）を生成する。この移相信号ｑ２は、上記発信信号ｑ１から所定時間Ｔ位相が遅れた信号となり、電圧可変移相回路１３４に供給される制御電圧を変化させることによって、発信信号ｑ１との位相遅れ時間が制御される。
【００６３】
移相手段１２６からの移相信号ｑ２はパルス化回路１２８に送給され、このパルス化回路１２８によって、移相信号がパルス化される。パルス化された移相信号は、その後、サンプリングパルス発生器１３０に送給され、サンプリングパルス発生器１３０は、この移相信号ｑ２のパルス化回路１２８を介する信号に基づいてサンプリングパルス信号ｑ３（図１６参照）を生成する。この実施形態では、図１６に示すとおり、移相手段１２６からの移相信号ｑ２の出力が所定値Ｖ２になるサンプリングパルス信号ｑ３を生成する。すなわち、サンプリングパルス発生器１３０は、移相信号ｑ２の立上りのゼロ点から所定値Ｖ２になるとサンプリングパルス信号ｑ３を生成し、このサンプリングパルス信号ｑ３をサンプリング回路７２に送給する。サンプリングパルス発生器１３０にて生成されるサンプリングパルス信号ｑ３は非常に短く設定される。
【００６４】
サンプリングパルス発生器１３０からのサンプリングパルス信号ｑ３のうち１計測サイクルの最後のものが、サンプリング回路７２のゲート信号として機能し、サンプリング回路７２は、サンプリングパルス発生器１３０から１計測サイクルの最後のサンプリングパルス信号ｑ３が送給されると、アンテナ２１によって受信され、減算手段ＳＢＴから帰還回路８５によって帰還増幅された受信信号を取入れる。
【００６５】
この実施の一形態では、次のとおりにして、帰還回路８５による帰還増幅およびサンプリング回路７２によるサンプリングが行われる。主として図１４〜図１７を参照して、発振器１０２によって生成される発信信号ｑ１の周波数は、たとえば２０ＭＨｚに設定され、その周期Ｗ１は５０ｎｓである。このような場合、たとえば３１２．５μｓに設定される１計測サイクルＷ２の間、移相手段１２６は発信信号ｑ１から所定時間Ｔ位相が遅れた移相信号を生成し、このような移相信号ｑ２に基づいてサンプリングパルス発生器１３０はＮ１＝６２５０個のサンプリングパルス信号ｑ３を生成する。Ｗ２＝Ｗ１・Ｎ１である。
【００６６】
サンプリングパルス発生器１３０が６２４９個のサンプリングパルス信号を生成する間（＝Ｗ２−Ｗ１）は、図１４および図１７（ａ）から理解されるように、帰還回路８５は順次受信信号ｑ５を帰還増幅する。第６２５０個目のサンプリングパルス信号が生成されると、図１６および図１７（ｂ）に示すように、サンプリング回路７２はこのサンプリングパルス信号に基づいて、帰還増幅された第６２５０番目の受信信号をサンプリング測定し、測定されたサンプリング信号ｑ６（図１６参照）がサンプリング回路７２から下流側に送給される。図１７（ａ）の各信号は、帰還回路８５の出力信号を示す。信号成分ａは、インピーダンス不整合に起因してアンテナ２１からライン６３に反射される反射波ｐ１であり、前述のようにパイロット信号として用いられる。成分ｂは、アンテナ２１からの電磁波が地表面１９で反射して得られた受信信号ｐ２であり、成分ｃは、物体１８から反射してアンテナ２１に受信された反射波の受信信号ｐ３である。
【００６７】
受信信号ｑ５の帰還増幅は、次のとおりに行われる。遅延手段１２２は、増幅器１２０から遅延手段１２２および減衰器１２４を介してフィードバックされる信号、すなわち帰還増幅された第ｋ番目の信号Ｓｋと、アンテナ２１からの次の受信信号、すなわち第（ｋ＋１）番目の受信信号とが重なるように、フィードバックされる信号を所定時間Ｗ１の整数倍、たとえばこの実施の形態ではＷ１だけ遅延させる。また、減衰器１２４は、遅延回路１２２を通してフィードバックされる信号、すなわち帰還増幅された第ｋ番目の信号Ｓｋのパイロット信号ａに対応する振幅の大きさと、アンテナ２１からの次の受信信号、すなわち第（ｋ＋１）番目の受信信号に、付加されるパイロット信号ａの大きさとが同じ大きさとなるように、フィードバックされる信号を減衰する。
【００６８】
このとき、前述のパイロット信号ａが利用され、フィードバック信号のパイロット信号ａの波高値である大きさａ２と、受信信号に加算されるパイロット信号ａの波高値である大きさａ１とが同じ（ａ１＝ａ２）になるように、コントローラ１６４は、ライン１７６の受信信号に含まれるパイロット信号ａの波高値と、減衰器１２４から加算器１６５に与えられるパイロット信号成分の波高値ａ２とが等しくなるようにするための減衰器１２４の減衰量を表す電圧を有するコントロール信号を導出して減衰器１２４に与える。これによって減衰器１２４は、フィードバックされる信号全体を可変比率で減衰する。このようにして受信信号ｑ５を順次多数回Ｎ１、帰還増幅することによって、受信信号全体に含まれるノイズ成分を抑制することができ、これによって地中埋設物体１８の位置を高精度で検出することができる。帰還増幅での遅延量は、Ｗ１の２以上の整数倍でもよい。
【００６９】
期間Ｗ２にわたる第１番目（ｎ＝１）の計測サイクルにおけるサンプリングが終了すると、第２番目（ｎ＝２）の測定サイクルにおけるサンプリングが遂行される。第２番目の測定サイクルにおいては、移相回路電圧制御手段１３２は電圧可変移相回路１３４に供給される電圧を、たとえば幾分大きくし、これによって移相手段１２６からの移相信号ｑ２は、発信信号ｑ１から時間（＝Ｔ＋ΔＴ）位相が遅れたものとなる。第１番目の計測サイクルに続く次のＷ２＝３１２．５μｓの計測サイクルの間、移相手段１２６は、発信信号ｑ１から時間（＝Ｔ＋ΔＴ）位相が遅れた移相信号ｑ２を生成し、サンプリングパルス発生器１３０は、このような移相信号ｑ２に基づいて、第１番目の計測サイクルと同様に、Ｎ１＝６２５０個のサンプリングパルス信号ｑ３を生成する。順次送らせる時間ΔＴは、たとえば０．１１７ｎｓに設定される。
【００７０】
第２番目の計測サイクルにおいては、第１番目の計測サイクルと同様に、サンプリングパルス発生器１３０がＮ１−１＝６２４９個のサンプリングパルス信号を生成する間Ｗ２は、帰還回路８５は順次受信信号ｑ５を帰還増幅する。第Ｎ１（＝６２５０）個目のサンプリングパルス信号が生成されると、サンプリング回路７２はこのサンプリングパルス信号に基づいて、帰還増幅された第６２５０番目の受信信号をサンプリング測定し、測定されたサンプリング信号ｑ６（図１７（ｃ）参照）がサンプリング回路７２から下流側に送給される。
【００７１】
この実施の一形態では、図１６に示すように、基準計測期間Ｗ３が、たとえばＷ３＝８０ｍｓに設定されており、したがって第１番目の計測サイクルの開始から８０ｍｓに達するまで、この実施の一形態では、たとえばＮ２＝第２５６番目の計測サイクルが遂行されるまで遂行され、その間、移相手段１２６は各計測サイクル毎に発信信号ｑ１から順次ΔＴずつ遅れた移相信号ｑ２を生成し、この移相信号ｑ２に関連して生成されるサンプリングパルス信号ｑ３のうち各計測サイクルＷ２の最後のサンプリングパルス信号に基づいて、帰還増幅された受信信号のサンプリングが遂行される。基準計測期間Ｗ３および計測サイクルの期間Ｗ２は、発信信号ｑ１の周波数等に応じて適宜設定することができる。Ｗ３＝Ｗ２・Ｎ２である。
【００７２】
地中探査レーダ装置は、さらに、サンプリング回路７２によってサンプリングされた信号ｑ３を演算処理する信号処理手段７３と、信号処理手段７３とによって処理された地中埋設物の位置を表示するための表示手段４４を含んでいる。信号処理手段７３はメモリ１４２を有し、サンプリング回路７２からのサンプリング信号ｑ６は一旦、メモリ１４２に保存され、信号処理手段１３８は、基準計測期間Ｗ３内にサンプリングされたサンプリング信号、この実施形態ではＮ２＝２５６個のサンプリング信号を所要のとおりに演算処理して探知信号ｑ７（図１６および図１７（ｄ）を参照）を生成する。このようにして生成された探知信号ｑ７は表示手段７４に送給され、探知信号ｑ７に含まれた地中埋設物１８の埋設位置の情報が表示手段７４に表示される。こうして計測者は、表示手段７４に表示された位置情報を見ることによって、地中埋設物の埋設位置を容易に知ることができる。
【００７３】
アンテナ２１の受信信号ｑ５の帰還増幅および帰還増幅された信号のサンプリングは、図１８に示すとおりに行うこともできる。地中探査レーダ装置の構成は、図１４および図１５に示す構成と実質上同一でよい。図１８を参照して、この様式では、期間Ｗ１毎の各受信信号に、帰還増幅およびサンプリングが行われる。図１８（ａ）に示すように、基準計測期間Ｗ２（この様式では、１計測サイクルＷ２と基準計測期間Ｗ３とは一致する）における第１番目の受信信号は、帰還回路８５にて増幅され、この増幅された信号は、サンプリング回路７２によりサンプリングされ、サンプリングされたサンプリング信号が信号処理手段７３のメモリ１４２に蓄えられる。増幅された受信信号はまた、フィードバックされて次の（第２番目）の受信信号に加算されて増幅され、この増幅された受信信号は、図１８（ｂ）に示すように、サンプリング回路７２によりサンプリングされ、サンプリング信号がメモリ１４２に蓄えられる。
【００７４】
この様式においては、移相手段１２６は発信信号ｑ１から順次ΔＴずつ遅れた移相信号ｑ２を生成し、この移相信号ｑ２に関連して生成されるサンプリングパルス信号ｑ３毎にサンプリング回路７２によるサンプリングが、たとえばＮ２＝２５６回遂行される。これらのサンプリング信号はメモリ４２に蓄えられ、信号処理手段１３８はメモリ４２に蓄えられたサンプリング信号を所要のとおりに演算処理して図１８（ｄ）に示す探査信号を生成し、この探査信号の内容が表示手段７４に表示される。帰還回路８５による帰還増幅は、上述したと同様に行われる。
【００７５】
このような様式を用いても、アンテナ２１の受信信号を帰還増幅しているので、そのノイズ成分を少なくして地中埋設物の位置を高精度に検出することができる。特に、１計測サイクルＷ２の時間経過に伴って、帰還増幅される回数が多くなり、それゆえに受信信号の信号成分ｐ３が増幅され、そのノイズ成分が抑制される。受信信号における計測定サイクルの時間経過に伴って、信号成分は、アンテナ２１から送信された後、アンテナ２１に受信されるまでに時間を要する信号成分、換言するとアンテナ２１から離れた位置にある地中埋設物体１８からの反射波成分であり、このような反射波成分は距離が離れるに従って小さくなるが、小さい反射成分ほど大きく増幅されるようになる。したがってこのような地中埋設物の位置の測定精度を高めることができる。上述の帰還回路８５の前後には、高周波増幅器が挿入されても良い。
【００７６】
上述の図示の実施形態では、移相回路電圧制御回路１３２および電圧可変移相回路１３４から構成される移相手段１２６を用いてサンプリングパルス信号を生成しているが、この様式に限定されず、実施の他の形態では、サンプリングパルス信号を生成するその他の様式、たとえば電圧制御発振回路（ＶＣＯ）を含む可変周期発振器を用いてサンプリングパルス信号を生成する様式等にも用いることができる。
【００７７】
また、たとえば、図示の実施形態では、物体としての地中埋設物体の位置を検出するものに適用して説明したが、これに限定されず、建造物等の静止物体や自動車等の移動物体の位置を検出する物体検出装置として広く適用することができる。
【００７８】
本発明の実施の他の形態では、コントローラ１６４を省略し、減衰器１２４は、予め定める一定の減衰量で遅延手段１２２からの信号を、パイロット信号ａの波高値ａ１と減衰器１２４から加算器１６５に与えられるパイロット信号成分の波高値ａ２とが一致するように、予め定める一定の減衰量で、減衰動作を行うように構成されてもよい。
【００７９】
【発明の効果】
請求項１，３の本発明によれば、単一のアンテナを用いることによって、構成の小形化を図ることができるとともに、アンテナからの出力に含まれるインピーダンス不整合に起因した大きな振幅を有する反射波と、地表面で反射した大きな振幅を有する反射波が、減算手段の出力には含まれてはおらず、減算手段からの物体による反射波を正確に検出することができるようになる。こうして減算手段に後続する増幅回路が、大振幅入力によって正常な増幅動作が行われなくなってしまうという問題が生じることはなく、アンテナからの比較的小さい振幅を有する物体による反射波を、希望する大きな増幅率で増幅して得ることができるようになる。またアンテナは単一個であるので、構成の小形化を図ることができる。
【００８０】
請求項２の本発明によれば、一方の分岐信号の受信信号成分である物体による反射波を減衰するための減衰手段ＡＴ２のほかに、もう１つの減衰手段ＡＴ１を設け、このもう１つの減衰手段ＡＴ１の減衰量を最小値で一定に保ち、こうして２つの減衰手段ＡＴ２，ＡＴ１の周波数特性などの特性に起因した減算結果の歪みが生じることを防ぐことができる。したがって物体による反射波を、正確に検出することができるようになる。
【００８１】
請求項４，５の本発明によれば、第１および第２分岐手段ＰＤ１，ＰＤ２ならびに第１および第２方向性結合器ＤＣ１，ＤＣ２が用いられ、さらに第１および第２減衰手段ＡＴ１，ＡＴ２またはゲートが用いられることによって、単一のアンテナを用いて構成の小形化を図り、しかも物体の反射波を正確に検出することができるようになる。
【００８２】
本発明では、前述の方向性結合手段からの前記他方の分岐信号を減衰する減衰手段の代りに、ゲートが用いられてもよく、前述と同様にして物体の反射波だけを正確に検出することができるようになる。
【００８３】
請求項６の本発明によれば、帰還回路によって減算手段ＳＢＴの出力が帰還増幅され、そのノイズ成分が抑制され、ノイズ成分の少ない信号が得られ、物体の位置を高精度で検出することができる。特に、減算手段ＳＢＴの出力を順次帰還増幅するので、１計測サイクルの少なくとも時間が経過した信号成分程、ＳＮ比が良好になり、そのノイズ抑制効果が大きくなる。
【００８４】
請求項７の本発明によれば、地中埋設物体の信号のＳＮ比を向上し、しかも本発明の実現が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の全体の構成を示すブロック図である。
【図２】第１分岐手段ＰＤ１の動作を説明するためのブロック図である。
【図３】第１方向性結合器ＤＣ１を示すブロック図である。
【図４】第１減衰手段ＡＴ１を示すブロック図である。
【図５】第１減衰手段ＡＴ１の動作を説明するための図である。
【図６】第２減衰手段ＡＴ２を示すブロック図である。
【図７】第２減衰手段ＡＴ２の接続端５２から接続端５１に伝搬する信号の減衰量の時間経過を示すグラフである。
【図８】第２分岐手段ＰＤ２を示すブロック図である。
【図９】図１〜図８に示される本発明の実施の一形態の地中探査レーダ装置の全体の動作を説明するための波形図である。
【図１０】図１に示される地中探査レーダ装置２２のアンテナ２１から電磁波を放射するための動作を説明するための波形図である。
【図１１】図１に示される地中探査レーダ装置２２のアンテナ２１からの受信信号の処理動作を説明するための波形図である。
【図１２】本件発明者の実験結果を示す図である。
【図１３】本発明の実施の他の形態の全体の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１３に示される帰還回路８５の具体的な構成を示すブロック図である。
【図１５】 サンプリングパルス生成手段１１６の電気的構成を示すブロック図である。
【図１６】図１の物体検出装置において生成される各種信号を示すタイムチャートである。
【図１７】図１７（ａ）〜図１７（ｄ）は、それぞれ、図１の物体検出装置のサンプリング手段によるサンプリング様式を説明するための図である。
【図１８】図１８（ａ）〜図１８（ｄ）は、それぞれ、サンプリング手段によるサンプリング様式の他の例を説明するための図である。
【図１９】本発明の先行技術を示す図である。
【図２０】図１９に示される先行技術における特にアンテナ３によるインピーダンス不整合に起因した大振幅の反射波５を除去するためのさらに他の先行技術を示す図である。
【符号の説明】
１７ 土壌
１８ 物体
２１ アンテナ
２２ 地中探査レーダ装置
２３ 送信信号発生手段
２６ 入力端
２７，２８ 出力端
３１ 第１接続端
３３ 第２接続端
３５ 第３接続端
３９ 第４接続端
４１ 第５接続端
４３ 第６接続端
５４ 制御手段
５８ 第７接続端
５９ 第８接続端
６２ 第９接続端
７２ サンプリング回路
７３ 信号処理回路
７４ 表示手段
８５ 帰還回路
１１６ サンプリングパルス生成手段
ＡＴ１ 第１減衰手段
ＡＴ２ 第２減衰手段
ＡＭ１〜ＡＭ４ 増幅回路
ＰＤ１ 第１分岐手段
ＰＤ２ 第２分岐手段
ＤＣ１ 第１方向性結合器
ＤＣ２ 第２方向性結合器

Claims (7)

1. 電磁波を発生する送信信号発生手段と、
   土壌に向って電磁波を発生し、物体による反射波を受信する単一のアンテナと、
   送信信号発生手段からの送信信号をアンテナに与え、アンテナからの受信信号を一対の分岐信号に分岐して導出する分岐手段ＰＤ２と、
   一方の分岐信号を減衰する減衰手段ＡＴ２と、
   減衰手段ＡＴ２の減衰量を、一方の分岐信号の物体による反射波ｐ３をその物体による反射波ｐ３よりも前に得られる不所望な反射波ｐ１，ｐ２よりも大きく減衰するように、時間経過に伴って大きくさせる減衰量制御手段と、
   分岐手段ＰＤ２からの他方の分岐信号と減衰手段ＡＴ２からの出力とを、減算する減算手段ＳＢＴと、
   減算手段の出力を演算する演算手段とを含むことを特徴とする地中探査レーダ装置。
2. 分岐手段ＰＤ２からの前記他方の分岐信号を、前記減衰手段ＡＴ２と同一構成を有し、かつ減衰量が前記減衰手段ＡＴ２の最小値で一定となるように設定してもう１つの減衰手段ＡＴ１に与え、
   このもう１つの減衰手段ＡＴ１からの出力を用いて減算手段による減算を行うことを特徴とする請求項１記載の地中探査レーダ装置。
3. 電磁波を発生する送信信号発生手段と、
   土壌に向って電磁波を発生し、物体による反射波を受信する単一のアンテナと、
   送信信号発生手段からの送信信号をアンテナに与え、アンテナからの受信信号を一対の分岐信号に分岐して導出する分岐手段ＰＤ２と、
   一方の分岐信号が与えられ、物体による反射波ｐ３を遮断し、その物体による反射波ｐ３よりも前に得られる不所望な反射波ｐ１，ｐ２を通過するゲートと、
   分岐手段ＰＤ２からの他方の分岐信号とゲートからの出力とを、減算する減算手段ＳＢＴと、
   減算手段の出力を演算する演算手段とを含むことを特徴とする地中探査レーダ装置。
4. （ａ）パルス状送信信号を発生する送信信号発生手段と、
   （ｂ）土壌に向かって電磁波を発生し、物体による反射波を受信する単一のアンテナと、
   （ｃ）送信信号発生手段からの送信信号を２つに分岐する第１分岐手段ＰＤ１と、
   （ｄ）２つの入力端を有し、一方の入力端と他方の入力端とからの信号を減算して出力端に導出する減算手段ＳＢＴと、
   （ｅ）第１方向性結合器ＤＣ１であって、
   第１分岐手段ＰＤ１からの一方の送信信号が与えられる第１接続端と、
   第１接続端からの信号を出力する第２接続端と、
   第２接続端に与えられる信号を、出力して減算手段ＳＢＴの前記一方の入力端に与える第３接続端とを有する第１の方向性結合器ＤＣ１と、
   （ｆ）第２方向性結合器ＤＣ２であって、
   第１分岐手段ＰＤ１からの他方の送信信号が与えられる第４接続端と、
   第４接続端からの信号を出力する第５接続端と、
   第５接続端に与えられる信号を、出力して減算手段ＳＢＴの前記他方の入力端に与える第６接続端とを有する第２方向性結合器ＤＣ２と、
   （ｇ）第２分岐手段ＰＤ２であって、
   第７〜第９接続端を有し、
   第７および第８接続端に与えられる信号を合成して第９接続端からアンテナに与え、
   第９接続端に与えられる信号を第７および第８接続端に分岐して出力する第２分岐手段ＰＤ２と、
   （ｈ）第２分岐手段ＰＤ２の第７接続端からの信号が与えられ、減衰出力が第１方向性結合器ＤＣ１の第２接続端に与えられる第１減衰手段ＡＴ１と、
   （ｉ）第１減衰手段ＡＴ１と同一構成を有し、第２分岐手段ＰＤ２の第８接続端からの信号が与えられて減衰し、減衰出力が第２方向性結合器ＤＣ２の第５接続端に与えられる第２減衰手段ＡＴ２と、
   （ｊ）第１減衰手段ＡＴ１を、その減衰量が第２減衰手段ＡＴ２の最小値で一定となるように設定し、第２減衰手段ＡＴ２の減衰量を、第８接続端からの物体による反射波ｐ３をその物体による反射波ｐ３よりも前に得られる不所望な反射波ｐ１，ｐ２よりも大きく減衰するように、時間経過に伴って大きくさせる減衰量制御手段と、
   （ｋ）減算手段の出力を演算する演算手段とを含むことを特徴とする地中探査レーダ装置。
5. （ａ）パルス状送信信号を発生する送信信号発生手段と、
   （ｂ）土壌に向かって電磁波を発生し、物体による反射波を受信する単一のアンテナと、
   （ｃ）送信信号発生手段からの送信信号を２つに分岐する第１分岐手段ＰＤ１と、
   （ｄ）２つの入力端を有し、一方の入力端と他方の入力端とからの信号を減算して出力端に導出する減算手段ＳＢＴと、
   （ｅ）第１方向性結合器ＤＣ１であって、
   第１分岐手段ＰＤ１からの一方の送信信号が与えられる第１接続端と、
   第１接続端からの信号を出力する第２接続端と、
   第２接続端に与えられる信号を、出力して減算手段ＳＢＴの前記一方の入力端に与える第３接続端とを有する第１方向性結合器ＤＣ１と、
   （ｆ）第２方向性結合器ＤＣ２であって、
   第１分岐手段ＰＤ１からの他方の送信信号が与えられる第４接続端と、
   第４接続端からの信号を出力する第５接続端と、
   第５接続端に与えられる信号を、出力して減算手段ＳＢＴの前記他方の入力端に与える第６接続端とを有する第２方向性結合器ＤＣ２と、
   （ｇ）第２分岐手段ＰＤ２であって、
   第７〜第９接続端を有し、
   第７および第８接続端に与えられる信号を合成して第９接続端からアンテナに与え、
   第９接続端に与えられる信号を第７および第８接続端に分岐して出力し、第７接続端からの信号が第１方向性結合器ＤＣ１の第２接続端に与えられる第２分岐手段ＰＤ２と、
   （ｈ）第２分岐手段ＰＤ２の第８接続端からの信号が与えられ、出力が第２方向性結合器ＤＣ２の第５接続端に与えられ、第８接続端からの物体による反射波ｐ３を遮断し、その物体による反射波ｐ３よりも前に得られる不所望な反射波ｐ１，ｐ２を通過するゲートと、
   （ｉ）減算手段の出力を演算する演算手段とを含むことを特徴とする地中探査レーダ装置。
6. 送信信号発生手段は、送信信号を予め定める周期Ｗ１で発生し、
   演算手段は、減算手段ＳＢＴの出力をサンプリングするサンプリング手段７２を含み、
   減算手段ＳＢＴとサンプリング手段７２との間に介在され、減算手段ＳＢＴの出力を増幅器１２０によって増幅しつつ、入力される減算手段ＳＢＴの出力と減衰器１２４によってレベルを揃えて、前記周期Ｗ１の整数倍で遅延して増幅器１２０に与えて帰還する帰還回路をさらに含み、
   帰還回路とサンプリング手段とは協働して、受信信号の少なくとも時間が経過した受信信号成分を、複数（Ｎ１またはＮ２）の回数で、帰還を繰返してサンプリングすることを特徴とする請求項１〜５のうちの１つに記載の地中探査レーダ装置。
7. 分岐手段は、パワーデバイダであることを特徴とする請求項１〜６うちの１つに記載の地中探査レーダ装置。

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